Mi lesz a következő ablak az univerzumunkra?

Adathalmazok mindenütt — még az égbolton is. Ismeretterjesztő előadásában Andrew Connolly csillagász bemutatja, hogy milyen nagy mennyiségű adatot gyűjtenek az univerzumunkról, elénk tárva annak állandó változását. De hogyan képesek a tudósok ilyen léptékben ennyi felvételre szert tenni? A kezdő lépés: egy óriási teleszkóp...

1781-ben, egy angol zeneszerző,

technológus és csillagász,
William Herschel

észrevette, hogy egy objektum
az égbolton

nem egészen úgy mozog,
ahogy a többi csillag.

Herschel felismerése, hogy
valami különbözik,

hogy valami nem stimmel,

egy bolygó felfedezését jelentette,

az Uránusz bolygóét,

melynek nevén jókat derültek

a gyermekek generációkon keresztül.

De ez a bolygó egycsapásra

megduplázta az addig ismert
naprendszerünk méretét.

Csak az elmúlt hónapban a NASA

517 új bolygó felfedezését jelentette be,

melyek idegen csillagok körül keringenek.

Ezzel egy csapásra szinte megduplázódott

az eddig azonosított bolygók száma
galaxisunkban.

A csillagászatot tehát folyamatosan
alakítja

ez az adatgyűjtésre való képesség

és mivel az adatok évente duplázódnak,

a következő két évtizedben eljuthatunk

arra a pontra, a történelemben először,

amikor ismertté válik a legtöbb galaxis

az univerzumon belül.

De ahogy belépünk
a nagy adatmennyiség korszakába,

egy különbözőséget kezdünk felfedezni:

a több adat nemcsak jobb,

a több adat más helyzetet teremt,

és ez átírhatja, hogy
milyen kérdéseket akarunk feltenni.

A különbözőség pedig nemcsak az,
hogy mennyi adatot gyűjtünk,

hanem, hogy az adatok
új ablakokat nyitnak-e

az univerzumunkra,

másként tekintünk-e majd az égboltra.

Mi lesz tehát a következő ablak
az univerzumunkra?

Mi lesz a csillagászat új fejezete?

Nos, bemutatok Önöknek néhány
új eszközt és technológiát,

amit a következő két évtizedben
fejlesztünk ki,

valamint, hogy ezen technológiák

az intelligens adatfeldolgozással együtt

újfent átalakíthatják a csillagászatot

egy ablak megnyitásával az univerzumunkra,

ez pedig az idő ablaka.

Miért az idő? Nos, az idő a kezdetekről

és a fejlődésről szól.

A naprendszerünk eredetéről,

arról, hogyan lépett működésbe,

hogy ez szokatlan vagy különleges volt-e
bármilyen módon.

Az univerzumunk fejlődéséről is szól.

Miért tágul tovább az univerzumunk,

és mi az a rejtélyes sötét energia,

amely hajtja ezt a tágulást?

De először szeretném megmutatni,
hogy a technológia

hogyan változtatja meg
az égbolt vizsgálatát.

Képzeljék hát el, hogy

Észak-Chilében a hegyekben ülnek

és nyugatra néznek

a Csendes-óceán felé,

napfelkelte előtt néhány órával.

Ezt az éjszakai égboltot látnák,

gyönyörű látvány,

ahogy a Tejútrendszer éppen kikukucskál
a horizont felett,

ugyanakkor ez egy statikus látvány,

és sok szempontból ilyennek gondoljuk
az univerzumunkat:

örök és változatlan.

De az univerzum egyáltalán nem statikus.

Állandóan változik a másodpercektől

az évmilliárdokig terjedő időskálán.

Galaxisok egybeolvadnak, összeütköznek,

óránként több százezer mérföldes
sebességgel.

Csillagok születnek, meghalnak

és felrobbannak, ilyen látványos
"tűzijátékokban".

Ha visszatérhetnénk

a békés égboltunkhoz Chile felett,

és az idő múlásával

megnéznénk, hogyan változik az égbolt
a következő egy év alatt,

a lüktetések, amiket látnak,

szupernóvák, utolsó maradványai
egy haldokló csillagnak, amely

felrobban, fénylik, majd lassan eltűnik,

és mivel minden ilyen szupernóva

ötmilliárdszor fényesebb a mi napunknál,

nagy távolságból is láthatóak,

de csak egy rövid ideig.

Másodpercenként tíz szupernóva
robban fel valahol

az univerzumunkban.

Ha hallhatnánk,

olyan lenne, mint egy pop-cornos zacskó
pukkanása.

Ha a szupernóvákat kitakarjuk,

nemcsak a fényesség lenne más.

Az égbolt állandó mozgásban van.

Látják, egy sereg objektum
nyüzsög az égbolton,

ezek aszteroidák,
amelyek a Nap körül keringenek

és ezek a változások és mozgások,

valamint a rendszer dinamikái

teszik lehetővé,
hogy modellezzük az univerzumot,

hogy megjósoljuk a jövőjét,
és elmagyarázzuk a múltját.

De az előző évtizedben használt
teleszkópokat

nem ilyen léptékű adatgyűjtésre tervezték.

A Hubble űrteleszkóp

az elmúlt 25 évben

rendkívül részletes képeket készített

az univerzum távoli vidékeiről,

de ha a Hubble segítségével próbálnánk
leképezni

az égboltot, 13 millió
egyedi felvételre lenne szükség

120 éven át, hogy ez sikerüljön.

Ez vezet el minket új technológiákhoz

és új teleszkópokhoz,

amelyek mélyebbre látnak,

hogy vizsgálhassák a távoli univerzumot,

és amelyek széles látószögűek,

hogy befogják az egész égboltot,

olyan teleszkópokhoz,
mint a Nagy Égboltfelmérő Távcső

vagy rövidítve LSST,

ami párját ritkítóan unalmas név

a csillagászat történetének

legcsodálatosabb kísérletéhez képest,

ha úgy tetszik, bizonyíték arra,

hogy soha nem szabad engedni,
hogy egy tudós vagy mérnök

bármit is elnevezzen,
beleértve gyermekeinket is. (Nevetés)

Az LSST most épül.

Várhatóan az évtized végére kezd
adatokat rögzíteni.

Bemutatom, hogyan fogja szerintünk

átalakítani az univerzum feltérképezését.

Az LSST egyetlen képe

felér 3000,

a Hubble űrtávcsővel készített képpel,

minden kép 3,5 fokos, azaz

a teleholdnál hétszer nagyobb
látómezőt ad.

Hogyan lehetséges
ilyen méretű képet előállítani?

Nos, a világ legnagyobb
digitális kameráját kell megépíteni,

azzal a technológiával, ami megtalálható
mobiltelefonok kamerájában,

vagy a bárhol megvásárolható
digitális kamerákban,

csak ezúttal olyan nagyságrendben,
hogy a képátló 1,7 m,

kb. akkora, mint egy Volkswagen Beetle,

és egy kép 3 milliárd pixeles lesz.

Így ha egy képet

teljes felbontásban szeretnénk nézni,
egyetlenegy LSST képhez

1500 HD-tévé képernyőjére lenne szükség.

Az égbolt fényképezése során a kamera

húsz másodpercenként új felvételt készít,

folyamatosan pásztázva az égboltot,

így három naponta teljesen új képet kapunk

a Chile feletti égboltról.

Tervezett működési ideje alatt

40 milliárd csillagot és galaxist fog
azonosítani,

így először fog megtörténni,

hogy több objektumot azonosítunk
az univerzumunkban,

mint ahány embert a Földön.

Beszélhetnénk róla

a terabájtok, petabájtok

és a milliárdnyi objektum szempontjából,

de, hogy érzékeltessem az adatmennyiséget,

ami lejön erről a kameráról,

olyan ez, mintha minden eddig felvett
TED előadást

egyszerre lejátszanánk a nap 24 órájában,

a hét minden napján, 10 éven át.

És hogy feldolgozzuk ezt az
adatmennyiséget,

az összes beszédben felkutatnánk

minden új ötletet, minden új elképzelést,

a videó minden részét megvizsgálva,

hogy lássuk a váltásokat egyik pontról

a másikra.

Mindez átalakítja tudomány művelését,

a csillagászat művelését

olyan területté, ahol szoftverek és
algoritmusok

feladata végigbányászni az adatokat,

ahol a szoftver éppolyan fontos
a tudomány számára,

mint a teleszkópok és kamerák,
amiket építünk.

Nos, több ezer felfedezést

fog eredményezni ez a projekt,

de csak kettőt említek

a kezdetekről és a fejlődésről szóló
elméletek közül,

amelyeket átformálhat
az ilyen mennyiségű adathoz

való hozzáférésünk.

Az elmúlt öt évben a NASA

több mint ezer bolygórendszert
fedezett fel,

amelyek csillagok körül keringenek,

de ezek a megismert rendszerek

nem nagyon hasonlítanak a
mi naprendszerünkhöz,

és az egyik kérdés, amivel szembesülünk,

hogy vagy nem voltunk elég alaposak,

vagy van valami különleges és szokatlan

abban, ahogy a naprendszerünk kialakult.

Ha el akarjuk dönteni ezt a kérdést,

részletesen meg kell ismernünk

és értenünk naprendszerünk történetét,

és a részletek kulcsfontosságúak.

Ha újra megnézzük az égboltot,

az aszteroidákat, amik ott nyüzsögnek,

ezek tulajdonképp a naprendszerünk romjai.

Az aszteroidák pozíciói

egy korábbi kor ujjlenyomatai,

amikor a Neptunusz és a Jupiter

sokkal közelebb volt a Naphoz,

és ezek az óriási bolygók a
naprendszerünkön keresztülvándorolva

szétszórták maguk után az aszteroidákat.

Az aszteroidák tanulmányozása tehát

olyan, mint a helyszínelés,

mintha a naprendszerünk lenyomatát
vizsgálnánk,

de ehhez szükséges a távolság,

és a távolságot a mozgásból kapjuk meg,

a mozgást pedig az idő ismeretében
kapjuk meg.

Milyen információt mond ez nekünk?

Nos, nézzék a kis sárga aszteroidákat,

ahogy átsuhannak a képernyőn.

Ezek mozognak a leggyorsabban,

mert ezek vannak legközelebb hozzánk,
a Földhöz.

Ezekre egy nap űrhajót küldhetünk,

hogy ásványokat keressünk rajtuk,

de ezek az aszteroidák egy nap

becsapódhatnak a Földbe,

mint 60 millió évvel ezelőtt

a dinoszauruszok kihalásakor,

vagy nem olyan rég a múlt század elején,

amikor egy aszteroida

közel 2600 négyzetkilométert
pusztított el a szibériai erdőből,

vagy éppen tavaly, amikor felrobbant egy
Oroszország fölött,

egy kisebbfajta nukleáris bomba
energiáját felszabadítva.

A naprendszerünk lenyomatának
tanulmányozása során

nemcsak a múltról szerezhetünk
ismereteket,

hanem a jövő is megjósolható,
beleértve saját jövőnket.

Amikor megkapjuk a távolságot,

az aszteroidákat egyre inkább
természetes környezetükben látjuk,

csillag körüli pályán.

Minden pont ezen a képernyőn

egy valódi aszteroida.

A pályáját az égbolton történő mozgásából
számítják ki.

A színek az aszteroidák összetételét
tükrözik,

száraz és sziklás a közepén,

vízben gazdag és primitív kőzetű
a széleknél.

A vízben gazdag aszteroidák
hozhatták létre

a bolygónkon található óceánokat
és tengereket,

amikor a Földbe csapódtak
egy korábbi korszakban.

Mivel az LSST nem csak szélesebb,

de halványabb kép befogadására is képes,

látni fogjuk ezeket az aszteroidákat

jóval túl a naprendszerünk belső részén,

aszteroidákat túl a Neptunusz
ás a Mars pályáján,

üstökösöket és aszteroidákat,

amelyek csaknem fényévnyi távolságra
lehetnek a Naptól.

Ahogy növeljük e kép részletességét

tízszeresről százszorosra,

olyan kérdésekre kapunk választ,

hogy vannak-e bolygók
a Neptunusz pályáján kívül,

észlelni tudjuk
Földdel ütköző aszteroidákat

jóval azelőtt, hogy veszélyt jelentenének,

és talán feltárjuk, hogy

a Nap önállóan keletkezett-e vagy
csillaghalmazban,

és hogy esetleg ezek a testvércsillagok

hatással voltak-e a naprendszerünk
keletkezésére,

és ez lenne az egyik oka, amiért
oly ritka a miénkhez hasonló naprendszer.

Távolság és változások az univerzumban --

a távolság egyenletbe állítható az idővel,

ahogy az égbolton történő változások is.

Ha fél méterrel messzebb tekintünk,

vagy egy fél méterrel távolabbi
objektumot vizsgálunk,

a másodperc egy milliárdod részével
messzebb tekintünk a múltba,

és ez a szemlélet, hogy a múltat látjuk

forradalmasította az univerzumról
alkotott nézeteinket,

nem egyszer, többször is.

Először 1929-ben,

amikor egy csillagász, Edwin Hubble

bebizonyította, hogy a világegyetem tágul,

ebből következett az ősrobbanás-elmélet.

A megfigyelések egyszerűek voltak,

mindössze 24 galaxis

és egy kézzel rajzolt ábra.

De az elgondolás, hogy minél távolabb van
egy galaxis,

annál gyorsabban távolodik,

elegendő volt a modern kozmológia
kialakulásához.

70 évvel később pedig

két kutatócsoport bebizonyította,

hogy a világegyetem nemcsak tágul,

hanem gyorsul is,

mintha feldobnánk egy labdát,

és meglepetésre azt látnánk,
hogy minél magasabbra ér,

annál gyorsabban mozog.

Ezt úgy bizonyították be,

hogy megmérték a szupernóvák fényességét,

valamint, hogy a fényességük

hogyan csökken a távolsággal.

Ezek a megfigyelések komplexebbek voltak.

Új technológiákat, új teleszkópokat
igényeltek,

mert a szupernóvák olyan galaxisokban
voltak,

amelyek 2000-szer messzebb vannak

a Hubble által megfigyelt galaxisoktól.

Három év alatt csak 42 szupernóvát
találtak,

mert szupernóva-robbanás

csak 100 évente történik egy galaxisban.

Három év alatt 42 szupernóva,

több ezer galaxist átkutatva.

És amikor elkészültek az adatgyűjtéssel,

ez lett az eredmény.

Lehet, hogy nem túl lenyűgöző,

de így néz ki egy forradalom a fizikában:

egy vonal, amely felvázolja
egy szupernóva fényességét

11 milliárd fényév múlva,

és néhány pont, amely nem illik a vonalba.

Az apró változások nagy következményeket
idézhetnek elő.

Az apró változások utat nyitnak
felfedezésekhez,

mint a Herschel által felfedezett bolygó.

Az apró változások gyökeresen felforgatják

az univerzumról alkotott tudásunkat.

Szóval 42 szupernóva, egészen halvány

tehát egészen távol,

arra utal, hogy az univerzum
nem csak tágul,

hanem ez a tágulás gyorsul,

felfedve univerzumunk
egyik alkotóelemét,

amelyet sötét energiának neveztek el.

Ez az alkotóelem hajtja a tágulást,

és 68%-át teszi ki jelenleg

az univerzum összenergiájának.

Milyen lesz a következő
forradalmi változás?

Mi a sötét energia és miért létezik?

Ezek a vonalak különböző modelleket
mutatnak

a sötét energia magyarázatára,

annak tulajdonságait mutatva.

Mindegyik konzisztens a 42 ponttal,

de a mögöttük lévő elgondolások

markánsan különböznek.

Néhányan úgy gondolják,
hogy a sötét energia

változik az idővel,

vagy hogy a tulajdonságai

attól függnek, hol nézünk az égboltra.

Mások a fizikával kísérleteznek

szubatomi szinten,

vagy nagyban gondolkodnak,

és kutatják a gravitáció és az általános
relativitáselmélet működését,

vagy azt mondják, az univerzum
csak egy a sok közül,

része a rejtélyes multiverzumnak,

de mindegyik elgondolás,
mindegyik elmélet

lenyűgöző, némelyik beismerten
kissé meredek,

de mindegyik konzisztens a 42 ponttal.

Milyen felismeréseket remélhetünk hát

az elkövetkezendő évtizedben?

Képzeljék el, hogy adok Önöknek
egy pár dobókockát,

és azt mondom, nézzék meg,
hogy a dobókockák

cinkeltek-e vagy valódiak.

Egy gurítással keveset tudunk meg,

de minél többször dobunk,

annál több adathoz jutunk,

és annál magabiztosabbak lehetünk

nem csak abban, hogy cinkeltek-e
vagy valódiak,

hanem abban is, hogy milyen mértékben
és milyen módon.

Három év alatt csak 42 szupernóvát
találtak,

mert a teleszkópok, amiket építettünk,

az égboltnak csak egy részét
tudták felmérni.

Az LSST-vel három naponta teljesen
új képet kapunk

a Chile feletti égboltról.

Működése első éjszakáján

tízszer több szupernóvát talál,

mint amennyivel dolgoztak a
sötét energia felfedezésekor.

Ez a szám 1000-rel fog nőni

az első négy hónapban:

1,5 millió szupernóva a felmérés végére,

minden szupernóva
egy gurítás a dobókockával,

minden szupernóva teszteli,
melyik sötét energia-elmélet

konzisztens és melyik nem az.

A szupernóvák adatait

a kozmológia más méréseivel egyesítve

fokozatosan kizárhatjuk
a különböző elképzeléseket

és elméleteket a sötét energiáról,

amíg remélhetőleg a felmérés végén,
2030 körül

úgy gondoljuk, hogy

egy elmélet az univerzumunkról

egy alapelmélet az univerzumunk
fizikájáról

ki fog bontakozni.

Sok szempontból a kérdések,
amiket feltettem

a valóságban a legegyszerűbb kérdések.

Lehet, hogy nem tudjuk a választ,

de legalább tudjuk, hogyan tegyük fel
a kérdést.

De ha több tízezer galaxis átvizsgálása

42 szupernóvát derített fel,

ami gyökeresen felforgatta az
univerzumunkról alkotott tudásunkat,

akkor, ha több milliárd galaxissal
dolgozunk majd,

hányszor fogunk még találni olyan

42 pontot, ami nem illeszkedik
a várakozásainkhoz?

Mint a Herschel által felfedezett bolygó

vagy a sötét energia

vagy a kvantummechanika
vagy az általános relativitáselmélet,

mind olyan elgondolások,
amelyek úgy születtek,

hogy az adat nem egészen illeszkedett
a várakozásainkhoz.

Ami igazán izgalmas a következő évtized

csillagászati adataiban,

hogy nem tudjuk, hány válasz

vár odakint,

válaszok a kezdetekről és a fejlődésről.

Hány válasz van odakint,

amelyhez nem tudjuk a kérdéseinket

sem feltenni.

Köszönöm.

(Taps)